1149

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Г.Ф. МОРОЗОВА

В. М. Попов

Теплофизика и теоретическая теплотехника

Методические указания для самостоятельной работы аспирантов по направлению подготовки 03.06.01 Физика и астрономия (направленность

программы Теплофизика и теоретическая теплотехника)

Воронеж 2016

УДК 621.1

Попов, В.М. Теплофизика и теоретическая теплотехника. Методические указания для самостоятельной работы аспирантов по направлению подготовки 03.06.01 Физика и астрономия (направленность программы теплофизика и теоретическая теплотехника) [Электронный ресурс] / В.М. Попов // М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». Воронеж, 2016. – 7 с.

Печатается по решению редакционно-издательского совета ФГБОУ ВО «ВГЛТУ» (протокол № от )

Рецензент: д.т.н., профессор, заведующий кафедрой промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности ВГТУ, Н.В. Мозговой

ВВЕДЕНИЕ

При изучении дисциплины «Теплофизика и теоретическая теплотехника» аспирантом самостоятельно рассматриваются вопросы теоретического характера, составляющие основы данной дисциплины.

Самостоятельное изучение дисциплины «Теплофизика и теоретическая теплотехника» подразумевает ознакомление с имеющейся печатной литературой, а так же материалом в электронном виде.

2. Общие указания к изучению курса Для успешного изучения самостоятельно данной дисциплины аспирант

должен опираться на полученные ранее знания по физике и высшей математике.

Из общего курса 108 часов 18 часов отводится на самостоятельное изучение материала.

Всоответствии с программой дисциплины «Теплофизика и теоретическая теплотехника» самостоятельному изучению подлежат следующие разделы.

1. Техническая термодинамика.

2. Тепло- и массообмен

3. Основы расчета тепмлообменных аппаратов.

1.ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА.

Вданном разделе аспирант в процессе самостоятельной проработки имеющейся по данной тематике литературы [1] должен показать, что он может осуществлять самостоятельно анализ основных термодинамических параметров, термодинамических процессов в плане их эффективности согласно 1-го закона термодинамики, эффективности термодинамических циклов по термическим КПД для различных теплоэнергетических установок.

Вопросы для самоконтроля:

1.Как выглядит уравнение состояния для любого весового количества газа?

2.Охарактеризуйте первый закон термодинамики.

3.В каком термодинамическом процессе подведенное к газу тепло идет на работу?

4.В каком термодинамическом процессе работы против внешних сил осуществляются за счет внутренней энергии газа?

5.В каком термодинамическом процессе подведенное к газу тепло идет все на увеличение его внутренней энергии?

6.Как повысить термический КПД ДВС с подводом тепла при v=const?

7.К чему приводит нерегулируемое увеличение степени сжатия у ДВС с подводом тепла при v=const?

8.Какой процесс сжатия в одноступенчатом поршневом компрессоре наиболее эффективен: изотермный, политропный, адиабатный?

2.ТЕПЛО- И МАССООБМЕН.

Вэтом разделе аспирант в ходе самостоятельной работы обязан изучить тепловые процессы, протекающие при теплообмене через тела и между телами [2]. Он должен, основываясь на законе Фурье, прогнозировать теплопроводность черен стенки различной геометрической формы. С учетом уравнения Ньютона-Рихмана аспирант обязан проводить анализ процессов конвективного теплообмена в неограниченном пространстве, при движении жидкости в цилиндрических прямых каналах, при поперечном обтекании цилиндров, при кипении жидкости и конденсации пара [3].

Аспирант самостоятельно должен усвоить основные положения лучистого теплообмена, возможности его интенсификации. Особое место при самостоятельной проработке изучаемого материала занимают вопросы сложного теплообмена, так называемой, теплопередачи. Особое место здесь отводится выработке навыков направленного регулирования процесса теплопередачи. Аспирант должен квалифицированно разбираться в технологии создания тепловых контактных пар из металлических конструкций с заданным контактным термосопротивлением.

Вопросы для самоконтроля:

1.Укажите направление векторов для теплового потока и температурного градиента.

2.Как изменяется коэффициент теплопроводности для газов и металлов с повышением температуры?

3.Почему при рассмотрении теплопроводности многослойной плоской стенки принимается условие идеального контакта между контактирующими поверхностями слоев стенки?

4.Какие факторы оказывают влияние на конвективный теплообмен?

5.Какой режим кипения жидкости пузырьковый или пленочный рекомендуется для теплообменных аппаратов?

6.С повышением степени черноты тел увеличивается или уменьшается лучистый теплообмен?

7.Как интенсифицировать процесс теплопередачи через стенку?

3.ОСНОВЫ РАСЧЕТА ТЕПООБМЕННЫХ АППАРАТОВ.

В данном разделе при самостоятельной проработке материала аспиранту необходимо получить навыки инженерных тепловых расчетов современных теплообменных аппаратов. Особый интерес представляют наиболее распространенные рекуперативные теплообменники. Здесь следует учитывать, что в практике применяются прямоточные и противоточные теплообменники рекуперативного типа. В процессе самостоятельного изучения принципа функционирования таких теплообменников аспирант должен обосновать преимущества теплообменников противоточного типа. Определяющим параметром подобных теплообменников является

Подобная ситуация для прямоточных теплообменников невыполнима. Особое место в расчетной практике занимает проблема проведения

конструктивного расчета теплообменников данного класса.

Искомой величиной при таком расчете является площадь или поверхность нагрева F, которая находится по уравнению теплопередачи, т.е.

(1)

Входящее в (1) количество тепла, передаваемого от горячего

известным формулам для стенок заданной геометрии (плоских, цилиндрических, ребристых).

t=f(F).

Вопросы для самоконтроля:

1.Покажите, что рекуперативные теплообменники с противотоком при одинаковых условиях имеют меньшие размеры, чем прямоточные теплообменники.

2.Какие типы теплообменных аппаратов применяются на практике?

3.Какой теплообменник имеет место в двигателе внутреннего сгорания?

4.В чем главное преимущество противоточных рекуперативных теплообменников по сравнению с прямоточными?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ:

1.Цветков, Ф.Ф. Тепломассообмен [Текст] / Ф.Ф. Цветков, Б.А. Григорьев // М.: МЭИ, 2005 – 550 с.

2.Телегин, А.С. Тепломассоперенос [Текст] / А.С. Телегин, В.С. Швыдкий, Ю.Г. Ярошенко. М.: Академия, 2002. – 455 с.

3.Волкова, В.Н. Теория систем и системный анализ [Текст] / В.Н. Волкова, А.А. Денисов // М.: Юрайт, 2012. – 679 с.

Виктор Михайлович Попов

Теплофизика и теоретическая теплотехника. Методические указания по самостоятельной работе аспирантов по

направлению подготовки 03.06.01 Физика и астрономия (направленность программы теплофизика и теоретическая теплотехника)